Lithium Ionen Akku - Aufbau und Funktion
Lange Ladezeiten, kurze Einsatzdauer und hoher Wartungsaufwand, gehören mit den modernen Lithium-Ionen-Akkus der Vergangenheit an. Herkömmliche Batterien stoßen im intensiven Betrieb schnell an ihre Grenzen. Lithium-Ionen-Akkus stellen jedoch eine sichere und leistungsstarke Alternative dar. Sie gelten heute als Standard, wenn es um leistungsfähige und flexible Energieversorgung geht. Und das nicht nur im Bereich der Smartphone-Technologie, sondern auch bei in der Logistik.
Bestandteile von Lithium-Ionen-Akkus
Ein moderner Lithium Ionen Akku besteht aus vielen unterschiedlichen Einzelteilen. Jede Zelle folgt dabei demselben Aufbau. Nachfolgend sehen Sie die verschiedenen Bauteile eines Lithium Ionen Akku.
Kathode (positive Elektrode): Die positive Elektrode bildet in jeder Zelle die Kathode. Sie besteht in der Regel aus einem Lithium-Metalloxid. Dieses kann unterschiedliche Mischungen aus Nickel, Mangan und Kobalt enthalten, die zu den sogenannten Übergangsmetallen zählen.
Anode (negative Elektrode): Auf der Gegenseite kommt meist Grafit zum Einsatz, das die Lithium-Ionen beim Laden aufnimmt und beim Entladen wieder abgibt.
Elektrolyt: Damit die Ionen zwischen den Elektroden wandern können, wird ein wasserfreies Elektrolyt genutzt. Häufig enthält es Lithiumsalze wie Lithiumhexafluorophosphat, gelöst in organischen Lösungsmitteln wie Diethylcarbonat. Bei Lithium-Polymer-Akkus übernimmt stattdessen ein Polymer, zum Beispiel auf Basis von Polyvinylidenfluorid, diese Funktion.
Separator: Zwischen Anode und Kathode liegt eine Trennschicht, der sogenannte Separator. Er verhindert Kurzschlüsse, ist gleichzeitig für Lithium-Ionen durchlässig und kann eine große Menge davon aufnehmen.
Unterschiede zwischen Lithium Ionen Akkus und Standard-Akkus
Warum sollten Sie sich für einen Lithium Ionen Akku in ihren Gabelstaplern entscheiden? Lithium-Ionen-Akkus sind seit einigen Jahren in der Gabelstapler-Technologie angekommen. Doch was unterscheidet diese Akkus von den klassischen Energiespendern. Lithium-Ionen-Akkus bringen mehr Energie auf kleinerem Raum, laden schneller und halten länger durch, wodurch sie in Unternehmen gerne gesehen sind.
Nachfolgend haben wir eine Gegenüberstellung der Akku-Technologien zusammengestellt, damit Sie die Vorteile der Lithium Ionen Akkus direkt auf einen Blick haben.
Klassische Akkus (z. B. Blei-Säure-Akkus) | Lithium-Ionen-Akkus |
Schwerer und größer bei gleicher Leistung | Deutlich leichter und kompakter |
Längere Ladezeiten, oft mehrere Stunden | Schnelles Laden möglich, teilweise Zwischenladungen im laufenden Betrieb |
Geringere Energiedichte, weniger Kapazität bei gleichem Volumen | Höhere Energiedichte, längere Einsatzzeiten |
Höherer Wartungsaufwand (z. B. Nachfüllen von destilliertem Wasser) | Nahezu wartungsfrei |
Kürzere Lebensdauer bei intensiver Nutzung | Lange Lebensdauer, auch bei häufigem Laden und Entladen |
Laden oft nur an speziellen Ladeplätzen möglich | Flexibel einsetzbar, ideal für den Dauereinsatz in der Intralogistik |
Hochwertige Metalle für einen funktionalen Aufbau von Li-Ionen Akkus
Die Bezeichnung „Lithium-Ionen-Akku“ leitet sich direkt aus seiner Funktionsweise der Batterie ab. Beim Laden und Entladen wandern Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden hin und her.
Welche Eigenschaften die Batterie am Ende mitbringt, hängt stark von den eingesetzten Materialien ab. So unterscheiden sich die verschiedenen Typen zwar in Energiedichte, Zellenspannung, Temperaturbeständigkeit oder Ladegeschwindigkeit , das Grundprinzip bleibt aber immer gleich. Damit Sie die volle Leistung nutzen können, spielt auch das passende Ladegerät eine wichtige Rolle. Das Ladegerät muss auf den jeweiligen Akku-Typ abgestimmt sein.
Einige gängige Varianten sind:
Lithium-Polymer-Akkus: Hier kommt ein Elektrolyt in Form einer Polymerfolie zum Einsatz, das eine gelartige Struktur hat. Dadurch lassen sich besonders flache und flexible Bauformen herstellen, teils dünner als 0,1 mm. Mit bis zu 255 Wh/kg bieten diese Batterien eine hohe Energiedichte, reagieren aber empfindlich auf mechanische, elektrische oder thermische Belastungen.
Lithium-Cobaltdioxid-Akkus: Dieser Typ nutzt Lithium-Cobaltdioxid als Kathode und Grafit als Anode. Sie sind weit verbreitet, können bei Überlastung jedoch kritisch reagieren und thermisch durchgehen. Ein geeignetes Ladegerät ist hier besonders wichtig, um die Sicherheit zu gewährleisten.
Lithium-Titanat-Akkus: Anstelle von Grafit wird bei diesen Batterien Lithium-Titan-Spinell für die negative Elektrode verwendet. Das ermöglicht extrem kurze Ladezeiten – natürlich nur mit einem leistungsfähigen Ladegerät – und den Betrieb selbst bei Temperaturen bis –40 °C. Die positive Elektrode besteht hier aus Lithium-Titanoxid.
Lithium-Eisenphosphat-Akkus: Ihre Kathode besteht aus Lithium-Eisenphosphat, der Elektrolyt liegt in fester Form vor. Mit einer Energiedichte von bis zu 110 Wh/kg liegen sie unter anderen Akku-Typen, punkten dafür aber mit einer hohen Sicherheit: Selbst bei Beschädigung kommt es nicht zum thermischen Durchgehen. Die Entladespannungskurve weist zwar einen leichten Memory-Effekt auf, dieser fällt im Vergleich zu älteren Batterien kaum ins Gewicht.
Die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus
Das Grundprinzip eines Li-ion Akkus ist schnell erklärt. Elektrische Energie wird in der Batterie über chemische Prozesse gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben. Zum Beispiel, um ein Flurförderzeug wie einen Elektro-Hochhubwagen anzutreiben.
Kern der Technik ist die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden. Während des Ladens und Entladens wandern die Ionen durch den Elektrolyten und den Separator hin und her.
Entladen
Wird die Batterie genutzt, geben die Lithium-Atome an der negativen Elektrode Elektronen ab. Diese fließen über den Stromkreis zur positiven Elektrode, wo sie von Übergangsmetall-Ionen aufgenommen werden. Parallel dazu bewegen sich die Lithium-Ionen selbst durch den Separator von der negativen zur positiven Elektrode. So entsteht der Strom, der das angeschlossene Gerät antreibt.
Aufladen
Beim Laden läuft der Vorgang in umgekehrter Richtung ab. Die Lithium-Atome wandern zurück zur negativen Elektrode und lagern sich dort zwischen den Schichten des Grafits ein. Dieser Prozess wird als Interkalation bezeichnet. Zunächst erfolgt der Ladevorgang mit konstantem Strom, bis die Ladeschlussspannung erreicht ist. Anschließend wird diese Spannung gehalten, während der Ladestrom langsam abnimmt.
Sind Sie gerade dabei Ihren Fuhrpark zu erneuern oder neue Flurförderfahrzeuge anzuschaffen, dann finden Sie bei uns Gabelstapler und andere Geräte mit einem leistungsstarken Lithium-Ionen-Akku. Bei uns finden Sie natürlich auch Zubehör und entsprechende Ladegeräte.